Các vật dụng hằng ngày như ổ cắm
điện và pin là thứ xa xỉ ở những vùng hẻo lánh trên thế giới. Nhân viên y tế ở
những khu vực này thường không đủ điện cung cấp cho các thiết bị chẩn đoán, còn
những loại pin bán trên thị trường có lẽ quá đắt đỏ. Hôm nay các nghiên gia sẽ
báo cáo một loại pin mới có thể khắc phục được những khó khăn này. Loại pin này
làm bằng giấy và lấy nhiên liệu từ vi khuẩn.
Hôm nay các nghiên cứu gia này
sẽ trình bày kết quả nghiên cứu của mình tại Hội nghị Toàn quốc lần thứ 256 của
Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
Tiến sĩ Seokheun (Sean) Choi,
người sẽ trình bày công trình nghiên cứu này tại hội nghị, cho biết: “Giấy có
những lợi thế độc nhất khi dùng làm chất liệu cho các cảm biến sinh học. Giấy
vừa rẻ, sẵn có, mềm dẻo, lại còn có diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên, các cảm
biến phức tạp đòi hỏi phải có nguồn điện. Các loại pin thương mại quá lãng phí
và đắt đỏ, và những loại pin này không thể tích hợp vào nền giấy. Giải pháp tốt
nhất đó là một loại pin sinh học bằng giấy”.
Các nghiên cứu gia trước đây đã
phát triển những loại cảm biến sinh học dùng một lần được làm bằng giấy để chẩn
đoán bệnh tật và tình trạng sức khỏe một cách ít tốn kém và tiện lợi, cũng như
dùng để phát hiện các chất gây ô nhiễm trong môi trường. Nhiều thiết bị như thế
dựa vào những thay đổi màu sắc để cho ra kết quả, nhưng những thiết bị này
thường không nhạy lắm. Để tăng độ nhạy, những cảm biến này cần nguồn điện. Choi
muốn tạo ra một loại pin giấy rẻ tiền lấy điện từ vi khuẩn, có thể dễ dàng gắn
vào những thiết bị dùng một lần này.
Vì thế, Choi và các đồng sự đến
từ Trường Đại học Liên bang New York ở Binghamton đã tạo ra một loại pin giấy
bằng cách in những lớp kim loại mỏng cùng nhiều chất liệu khác vào một mặt giấy.
Sau đó, họ đặt những con vi khuẩn exoelectrogen được làm khô bằng đông lạnh vào
lớp giấy này. Exoelectron là một loại vi khuẩn đặc biệt có thể truyền electron
ra ngoài tế bào của chúng. Các electron được tạo ra khi những vi khuẩn này tạo
năng lượng cho chúng, và đi xuyên qua màng tế bào. Sau đó, những electron này
tiếp xúc với các cực điện bên ngoài rồi cung cấp điện cho pin. Để kích hoạt pin,
các nghiên cứu gia đã cho thêm nước hoặc nước bọt. Trong vòng vài phút, chất
lỏng này làm các vi khuẩn hồi tỉnh, điều này tạo ra đủ electron để cung cấp điện
cho một đi-ốt phát quang và một máy tính.
Các nghiên cứu gia còn nghiên
cứu xem oxy ảnh hưởng thế nào đến hiệu năng của thiết bị này. Oxy dễ dàng đi
xuyên qua giấy, có thể ngấm vào các electron do vi khuẩn tạo ra trước khi các
electron này đi đến cực điện. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng mặc dù oxy làm giảm
đôi chút khả năng phát điện nhưng ảnh hưởng cũng không lớn. Điều này là do các
màng tế bào vi khuẩn được gắn chặt vào các sợi giấy, nhanh chóng đưa các
electron đến cực điện trước khi oxy có thể xen vào.
Loại pin giấy này có thể được
dùng một lần rồi bỏ. Loại pin này hiện tại có thời hạn sử dụng khoảng bốn tháng.
Choi đang nghiên cứu các điều kiện để cải thiện khả năng sống cũng như hiệu năng
của vi khuẩn để loại pin này có thời hạn sử dụng lâu hơn. Choi cho biết: “Hiệu
suất điện cũng cần được cải thiện gấp khoảng 1.000 lần để có những ứng dụng thực
tiễn nhất. Điều này có thể đạt được bằng cách chất đống và kết nối nhiều cục pin
giấy với nhau. Choi đã xin bằng sáng chế cho loại pin này và đang tìm đối tác
trong ngành để đưa loại pin này ra thị trường.
AT (ScienceDaily)